Режимы резания при токарной обработке — расчет и выбор

Выбор рациональных режимов резания при точении заготовок на токарных станках и других агрегатах является очень важной составляющей при создании эффективных техпроцессов ремонта либо изготовления деталей.

1 Режим резания – что это такое?

Под таким режимом понимают комплекс из нескольких элементов, которые определяют условия осуществления операции резания. Его расчет производят так, чтобы была обеспечена самая производительная и экономически целесообразная обработка поверхности детали по показателям шероховатости и точности.

Режимы резания включают в себя следующие моменты:

• скорость резки;
• время стойкости рабочего приспособления, используемого для выполнения операции;
• подача и глубина резания;
• мощность и сила процесса.

Расчет режима резания можно проводить на основании справочных и нормативных документов, коих российская школа обработки разнообразных металлов собрала немало. Суть такого метода заключается в выборе требуемых значений из специальных таблиц. Подобный расчет гарантирует подбор оптимальных показателей всех элементов, а значит, обеспечивает и максимально эффективное выполнение операции резания.

Фото таблицы для расчета режимов резания

Но он является очень громоздким. Специалисту необходимо проанализировать и сопоставить огромные массивы информации. При этом абсолютно все режимные характеристики напрямую связаны между собой. Как только один из них изменяет свое значение, остальные также становятся иными. Понятно, что в производственных условиях использовать табличную схему подбора режимов не всегда разумно.

В ряде случаев целесообразнее использовать расчетную (иногда ее называют аналитической) схему выбора режима. Ее смысл состоит в том, что специалист, применяя эмпирические формулы, производит расчет всех требуемых ему показателей. Абсолютно точное выполнение расчетов по аналитической методике обеспечивается тогда, когда известны такие паспортные характеристики токарного станка либо иного металлообрабатывающего агрегата:

• частота вращения шпинделя;
• мощность двигателя;
• величины подач.

На фото — таблица характеристик токарных станков для точения заготовок

Если точных технических параметров оборудования нет, допускается осуществление приблизительного расчета. В этом случае в формулы подставляются справочные значения.

Ключевые моменты изготовления

Существует ряд хитростей, которых необходимо придерживаться во время работы на токарном станке:

• фиксация заготовки в шпиндель;
• точение с помощью резца необходимой формы и размера. Материалом для металлорежущих основ служит сталь или иные твердосплавные кромки;
• снятие ненужных шаров происходит за счет разных оборотов вращения резцов суппорта и непосредственно самой заготовки. Иными словами, создается дисбаланс скоростей между режущими поверхностями. Второстепенную роль играет твердость поверхности;
• применение одной из нескольких технологий: продольная, поперечная, совмещение обеих, применение одной из них.

Токарные станки с ЧПУ

Обработка металлов, дерева, пластмасс производится на станках с ЧПУ. От целесообразности технологического использования зависит коэффициент полезного действия токарных станков. Безопасность и продуктивность обработки определяют режимы резания при сверлении. Амортизационный срок режущих приспособлений находится в прямой зависимости от глубины обработки, от направления подачи комплекса деталей.

Исходя из расчета стоимости станков, оснащенных программным управлением, общее время отработки нового инструмента в заданном режиме резания до притупления его выбирается ниже предложенного в справочниках. А регламент его работы – выше. Токарная обработка представляет собой совокупность характеристик металлорежущих элементов:

• глубина обработки;
• подача, на какую величину перемещается механизм за оборот;
• быстрота вращения и частота.

Высокая продуктивность станков достигается за счет наибольших допустимых значений скорости и глубины резания, а также подачи.

Характеристика режимов работы

Расчет операции резания выполняется с использованием специальных справочных и нормативных документов, которых на данный момент существует немало. Необходимо тщательно изучить представленные таблицы и выбрать в них подходящие значения. Правильно выполненный расчет гарантирует высокую эффективность применяемого режима обработки детали и обеспечивает достижение лучшего результата.

Основные виды токарных работ по металлу

Но такой метод расчета является не всегда удачным, особенно в условиях производства, когда нецелесообразно тратить много времени на изучение таблиц с огромным числом значений. Установлено, что все величины режимов резания взаимосвязаны между собой. Если изменить одно значение, закономерно, что все остальные характеристики обработки станут иными.

Поэтому очень часто специалисты предпочитают применять расчетную или аналитическую методику определения режимов резания. Используются специальные эмпирические формулы, при помощи которых определяются все необходимые нормы. Чтобы расчеты по данной методике были абсолютно точными, необходимо знать следующие параметры токарного станка:

• частота вращения шпинделя;
• величины подач;
• мощность.

На современных производствах для выполнения подобных расчетов используют специальное программное обеспечение. Специалисту достаточно ввести известные данные, после чего компьютер выдаст вычисляемые величины. Применение программ для расчетов существенно облегчает работу специалистов и делает производство более эффективным.

Устройство токарного станка

Как правильно рассчитать режим резания при сверлении

При работе сверла на него воздействует та же совокупность сил, что и на токарный резец. Поэтому для расчета режимов резания при сверлении используется аналогичная методика, но со своей геометрией и соответствующими значениями параметров. Силы Рz направлены в противоход главному движению и находятся в прямой зависимости от скорости резания (см. рис. ниже). Силы Рх, Рn и Рл воздействуют на конструктивные элементы сверла и определяют значение осевой силы (Ро), соответствующей силе привода станка.

Главные технологические параметры сверла — осевая сила и крутящий момент. Их определяют расчетным путем с помощью эмпирических формул:

Здесь Ср и См — это константы, значение которых зависит от вида сверления, а также свойств материалов и обрабатываемой детали; D — диаметр сверла и S — подача. Корректирующий коэффициент Кр в данной формуле связан только с характеристиками материала детали.

Условия резания при сверлении гораздо сложнее, чем при токарной обработке, т. к. в этом случае значительно затруднен отвод стружки и тепла. Применение СОЖ дает намного меньший эффект в связи со сложностью подвода жидкости к зоне резания. К тому же все факторы, которые оказывают влияние на процесс сверления, при подборе режимов по таблицам и формулам учесть невозможно.

Поэтому для проверки и корректировки технологических режимов, как правило, используют пробную обработку детали.

Правильный расчет режимов резания при сверлении производится по сложным формулам с использованием таблиц из технологических справочников. А есть ли какой-нибудь упрощенный способ, основанный на количестве оборотов и виде материала сверла, который можно применять в повседневной практике? Если кто-нибудь может посоветовать такой расчет, поделитесь, пожалуйста, информацией в комментариях к данной статье.

Схема расчета режимов

Расчет режимов резания при точении наружной цилиндрической поверхности по обыкновению ведут с определения удаляемого слоя. Глубина резания – это срезаемый слой металла за один рабочий проход. Определяется по формуле:

t = (D 1 — D 2)/2,

где D 1 – исходный размер, D 2 – получаемый размер.

Расчет глубины резания начинается после определения типа обработки. Черновым точением удаляется 60% припуска, свыше 2 мм. Получистовым точением удаляется 30% 1- 1,5 мм. А оставшиеся 10% 0,4- 0,8 мм остаются на чистовую обработку.

Подача – это расстояние, которое проходит инструмент за один оборот обрабатываемой заготовки. Для увеличения производительности подачи подбираются максимальными исходя из:

• твердости пластины;
• мощности привода;
• жесткости системы СПИД.

На машиностроительных предприятиях подачи назначаются из таблиц. Так, для чернового точения твердых материалов подача не превышает 1,5 мм/об, а для мягких материалов не более 2,4 мм/об. Для получистового точения подача не превышает 1,0 мм/об.

От чистового точения во многом зависит шероховатость поверхности, поэтому максимальным значением будет S max = 0.25 мм/об. При обработке изделий с ударными нагрузками назначенное значение подачи умножается на понижающий коэффициент 0,85.

Скорость резания при токарной обработке вычисляется по формуле:

V=Cv/(T¹ • t² • s³)·Kv

где Сv — коэффициент, применяемый к обрабатываемому материалу заготовки и инструменту, 1 (x), 2 (y), 3 (m) – показатели степеней, Т — стойкость инструмента, Kv — поправочный коэффициент резания.

Kv зависит от:

• качества обрабатываемого материала;
• материала режущей пластины инструмента;
• поверхностного слоя заготовки.

После получения расчетного значения скорости резания определяется число оборотов шпинделя станка по формуле: n = (1000· V)/(π· D)

Полученное значение количества оборотов необходимо подобрать из стандартного ряда для станка, на котором производится обработка. Оно не должно отличаться от станочной сетки больше, чем на 5%. После чего производится уточнение скорости резания.

Далее, определяется эффективная мощность резания по формуле:

N э = (Pz · V)/(1020 · 60)

где Pz – тангенциальная сила резания, максимальная нагрузка при точении.

Pz = 10·Cp·t¹·s²·V³·Kp

После определения необходимой мощности рассчитывается потребная мощность станка:

N п = N э /η

где µ — КПД станка, закладывается заводом-изготовителем.

Итоговое значение мощности должно быть меньше мощности электродвигателя главного движения. Это означает, что принятые и рассчитанные значения верны. В противном случае подачу и глубину резания необходимо уменьшить или подбирать станок необходимой мощности.

Инструмент для точения: классификация

От качества и надежности токарных резцов в значительной степени зависит точность получаемых размеров и производительность обработки. Они должны обеспечивать:

• получение требуемой формы;
• размеры;
• качество поверхности;
• наибольшую производительность при минимальных силовых, а следовательно, энергетических затратах;
• технологичность в изготовлении;
• возможность восстановления режущих свойств;
• минимальный расход дорогостоящих инструментальных материалов.

Классифицировать токарные резцы можно по способу обработки:

• проходные;
• подрезные;
• отрезные;
• прорезные;
• галтельные;
• резьбовые;
• фасонные;
• расточные.

По материалу режущей части выделяют:

• инструментальные;
• быстрорежущие;
• твердосплавные:
  • однокарбидные (вольфрамовые);
  • двухкарбидные (титановольфрамовые);
  • трехкарбидные (титанотанталовольфрамовые);
• минералокерамические;
• алмазы.

По конструктивному исполнению токарные резцы бывают:

• цельные;
• сборные;
• комбинированные.

Выбор типа токарного резца зависит от типа обрабатываемой поверхности (наружная, внутренняя), твердости материала заготовки, типа обработки (черновая, получистовая, чистовая), геометрических параметров и материала режущей части, державки.

3 Схема выбора режима резания – основные требования

Глубина операции определяется в наибольшей степени показателем припуска на обработку заготовки. Этот самый припуск всегда стараются убрать за один-единственный проход режущего инструмента (если речь идет о черновой процедуре). Если же осуществляется чистовая обработка, срезание припуска добиваются за несколько проходов. При этом каждый последующий проход должен иметь меньшую глубину, нежели предшествующий ему.

Величина подачи (расстояние кромки резца, которое он проходит за оборот детали) подбирается в зависимости от категории необходимой чистоты обработки. Подача может быть нескольких видов:

• минутная;
• на оборот режущего инструмента;
• на один зуб резца.

На фото — резцы для токарного станка

Максимальные величины подачи обычно назначают для чернового резания, минимальные – для чистового. Конкретный показатель определяется периодом стойкости резца, мощностью привода металлорежущего агрегата, прочностью и жесткостью обрабатываемой системы. В большинстве случаев расчет величины подачи вести нет необходимости, так как в паспорте каждого станка они четко указаны.

Под упомянутым выше периодом стойкости принято понимать время функционирования рабочего инструмента без остановок между последовательными переточками. Стандартный ряд такого периода включает величины от 15 до 120 минут с шагом в 15 минут. Скорость операции рассчитывается на базе всех указанных значений по специальным формулам, которые незначительно отличаются друг от друга в зависимости от варианта точения (фасонное, поперечное, продольное). Разрешается, как мы уже говорили, брать скорость и из таблиц.

Фото продольного точения

Добавим, что полученный режим резания обязательно требуется проверить по прочности:

• резцедержателя;
• устройства подач станка;
• мощности агрегата.

Дополнительные материалы

Во время изготовления, большинство специалистов руководствуются в качестве дополнительного пособия, приведенными ниже показателями. Таблица коэффициента прочности:

Материал заготовки	Граница прочности	Шкала твердости по Бринеллю	Коэффициент, МПа
легированная и углеродистая сталь	варьируется от 400–1100 единиц	–	1500–2600
чугун, а также серый	–	1400–2200	1000–1200
бронза	–	–	600
силумин	–	–	450
дуралюмин	предел прочности от 250 до 350, но часто встречается и выше в зависимости от качества заготовки	–	600–1100

Коэффициент прочности материала:

Сталь, кг/мм	Значение показателя
50,1–60,1	1,61
60,1–70,3	1,27
70,3–80,1	1,1
80,3–90,1	0,87
90,3–100,1	0,73
Чугун, кг/мм	Значение показателя
140,1–160,3	1,50
160,1–180,1	1,21
180,1–200,3	1,1
200,3–220,3	0,83

Коэффициент стойкости резца:

Значение стойкости, минуты	Показатель
27–30	1,27
43–46	1,11
57–60	1,09
83–90	1,03

Третий способ вычисления скорости

• V фактическое = L * K*60/T резания;
• где L – длина полотна, преображенная в метры;
• K – количество оборотов за время резания, исчисляемое в секундах.

Например, длина равна 4,4 метра, 10 оборотов, время 36 секунд, итого.

Скорость равна 74 оборота в минуту.

Видео: Понятие о процессе резания

Поделитесь в соц.сетях:

Оцените статью: (Пока оценок нет) Загрузка...